有关工业厂房结构布局设计的研究
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【摘要】：本文从工业厂房结构设计的主要内容概述入手，主要探讨了单层工业厂房结构设计中结构平面布置和结构剖面布置的具体设计方法。
【关键词】：工业厂房 单层 结构设计
引言
一、工业厂房的结构设计概述
1、工业厂房的结构设计主要包括以下几个内容：厂房结构布置；结构构件的选型；排架结构设计（包括荷载计算：恒、屋面活载（或雪载或积灰荷载）、风载、吊车荷载；内力计算；内力组合；截面设计）；4. 基础设计；5. 其它构件设计（抗风柱、预埋件等）；6. 施工图的绘制。
由于本文篇幅有限，笔者根据自己的工作经验，仅详细探讨有关厂房结构布置方面的设计要点，希望给同行以启迪。
在结构平面布置中，厂房的跨度方面：跨度在18m和18m以下，可取3m的倍数；在18m以上，一般取6m的倍数；必要时也允许采用21m，27m，33m的跨度。
厂房的柱距：一般取6m或6m倍数，个别也有取9m的柱距。结构平面的主要尺寸都由轴线表示。
1、定位轴线
和轴线划分紧密相关的构件是屋面板和屋架（屋面梁）。轴线尺寸均采用标志尺寸或标志尺寸的倍数。所谓标志尺寸是构件的实际尺寸加上两端必要的构造尺寸。
（1）纵向定位轴线
屋架（屋面大梁）的标志尺寸为3m的倍数，是与大型屋面板的标志宽度相配合的，而纵向定位轴线亦与屋架（屋面大梁）的标志尺寸相吻合，如图1。
图1 纵向定位轴线亦与屋架的关系图
一般说来，当纵向定位轴线和屋架的标志尺寸相应，屋面板铺至屋架边缘，屋架的标志尺寸与纵墙内皮重合时，这种轴线称为封闭式纵向定位轴线。
当厂房为等高多跨时，中柱的上柱中心线一般与纵向定位轴线重合。当相邻两跨有高度差时，纵向定位轴线一般与较高部分厂房柱的外皮重合。但当该柱的＞750mm时，必需增设一条纵向定位轴线。两条纵向定位轴线间的距离称为插入距。
（2）、横向轴线定位
一般说来，横向定位轴线通过柱子的截面几何中心，所以它们的间距一般就是柱距。显然，横向定位轴线亦是与屋面板的标志尺寸相重合的。
在厂房尽端，横向定位轴线与山墙内皮重合，将山墙内侧第一排柱中心线内移600m，并将端部屋面板做成一端伸臂板。
这样做的目的是使端屋架和山墙抗风柱的位置不发生冲突，使端部屋面板与中部屋面板的长度相同，使屋面板端头与山墙内皮重合，屋面不留缝隙，以形成封闭式横向定位轴线。同理，伸缩缝两边亦应各移600mm，使伸缩缝中心线与横向定位轴线重合。
2、构件的平面布置
单层厂房构件的平面布置较规则，它主要与构件的型号有关，一旦构件选定，平面布置即可确定。
三、结构剖面布置
厂房的高度，指的是屋架下弦下皮以及吊车轨顶距室内地面的高度，分别是以屋架下弦底面标高和轨顶标高表示。
屋架下弦下皮以及吊车轨顶距室内地面的高度是厂房结构剖面设计中的两个重要参数，要综合考虑生产工艺和建筑结构两方面的因素才能确定。
无吊车厂房，屋架下弦底面标高由设备的高度和生产需要的使用高度确定；有吊车厂房，屋架下弦底面标高由设备的高度和吊车需要的高度确定，并可用下式表达：
，或
式中，――最高设备的高度，由工艺设计人确定，当只有个别高大设备时，可采用局部降低该处地面的办法以减少厂房高度；――超越安全高度（≥500mm）；――最高吊物高度，――吊索最小高度（、均由工艺设计人确定）；、――吊车底、顶至吊车轨顶高度（查表1-1）；h7――吊车行驶安全高度（≥220mm）；――司机室底至吊车底高度。
吊车轨顶标高由屋架下弦底面标高减去（）得到，一般由工艺设计人向土建设计人提供。
吊车轨顶标高减去吊车轨道连接高度和吊车梁梁端高度（均可查有关标准图集），即为柱的牛腿顶面标高（图4）。
图 2 柱的牛腿顶面标高图
对于连续多跨厂房，如果相邻各跨根据各自的工艺需要所决定的厂房高度参差不一时，会使得构造复杂，计算麻烦，构件规格增多，不利于工业化施工。这时最好做成等高厂房，可以增加厂房结构的刚度，简化构造处理。一般可按下列规定处理：
（1）当高跨一侧仅有一个低跨时，如高度差≤2.10m，可不设高低跨；
（2）当高跨一侧连续有两个低跨时，如高度差≤1.80m，可不设高低跨；
（3）当高跨一侧连续有三个低跨（或更多）时，如高度差≤1.50m，可不设高低跨。
确定厂房高度的原则是，在满足生产工艺前提下，尽可能合理地降低厂房高度，以便减小柱的内力，减少围护结构面积，降低造价；同时还要考虑减少构件种类，简化连接构造，保证施工方便等因素。总之，应结合具体工程特点，进行全面分析来确定。
四、 外墙设计
1、圈梁
设置圈梁的目的是将墙体和柱、抗风柱等箍在一起，以增加厂房的整体刚性，防止由于地基发生过大的不均匀沉降或较大的振动荷载对厂房产生不利影响。
一般圈梁为现浇钢筋混凝土构件，埋设在墙体内，和柱子连续，在平面上尽可能沿整个厂房交圈。它在受力上主要起拉结作用，不承受墙体重量，所以柱子上不必设置支承圈梁的牛腿。
圈梁的布置与墙体高度、对厂房刚度的要求以及地基情况有关。
对无桥式吊车的厂房檐高不足8m时，应在檐口附近设置一道圈梁；当檐高大于8m时，宜在墙体适当部位增设一道圈梁。对有桥式吊车的厂房，除在檐口附近或窗顶处设置一道圈梁外，沿应在吊车梁标高处或墙体适当部位增设一道圈梁；当外墙高度在15m以上时，还应根据墙体高度适当增设。对于有振动设备的厂房，除满足上述要求外，每隔4m距离，应有一道圈梁。
圈梁应尽可能连续设置在墙体的同一平面内，除伸缩缝处不得不切断外，其余部分应沿整个厂房形成封闭状。当圈梁被门窗洞口切断时，应在洞口上部设置一道附加圈梁与圈梁搭接，附加圈梁的截面尺寸不应小于被切断的圈梁，搭接长度应不小于圈梁与附加圈梁高差的两倍。
2、连系梁
单层厂房的外墙一般做成自承重墙，不宜设置墙梁。当墙的高度超过一定限度，墙体的砌体强度不足以承受本身自重时，需要在墙下布置连系梁。连系梁两端支承在柱牛腿上，并通过牛腿将墙体荷载传给柱子。
连系梁除支承墙体重量外，还起到连系纵向柱列、增强厂房纵向刚度、传递纵向水平荷载的作用。连系梁与柱之间采用螺栓或焊接连续。
3、基础梁
当墙体的砌体强度足以承受墙体自重时，可采用基础梁将墙体重量传给柱基，而不另作墙体基础。这是因为柱的荷载较大，而自承重墙的重量较轻，两者基础的沉降值往往相差较多，如果构造处理不当，会使墙面开裂，影响生产使用。
外墙基础梁一般设置在边柱的外侧，基础梁顶面至少低于室内地面50mm。基础梁底部距土层表面应预留100mm左右空隙，使基础梁可以随柱一起沉降。基础梁一般不要与柱连接，将梁直接放置在柱基础的杯口上即可。当基础埋置较深时，可将基础梁放在混凝土垫块上面。
4、过梁
当墙上有门窗洞口时，要设置钢筋混凝土过梁承托门窗洞口上部的墙体重量。单独设置的过梁宜采用预制构件，两端搁置在墙体上的支承长度不宜小于240mm。
在进行厂房围护结构的布置时，应尽可能地将圈梁、连系梁和过梁结合起来，使一种梁能起到两种梁甚至三种梁的作用，以简化构造，节约材料，方便施工。
结论
笔者以为，做好工业厂房结构设计的关键在于：概念清楚，结构选型合理；施工图的设计应与施工相结合，避免施工困难；结构计算要准确，计算中应反复试算，调整截面，以达到最佳设计。
参考文献
[1]郑敏楠，工业厂房结构计算的探讨.福建建筑，1998(总第57期). [2]安一清，多层工业厂房结构设计的探讨.山西建筑，2003年2月第29卷第2期. 转